Obrabotka Metallov 2014 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (62) 2014 49 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ и (Fe,Cr) 2 B, а на стали марки 12Х18Н10Т – (Fe,Сr,Ni)B и (Fe,Cr,Ni) 2 B, поэтому в дальней- шем эти бориды обозначены в общем виде как МВ и М 2 В (М – металлы Fe, Cr, Ni). Переходная зона на границе с основой представляет механи- ческую смесь борированного феррита, в кото- ром содержание бора плавно убывает до нуля, и глобулярных частиц боридов хрома, вольфрама, молибдена и титана (рис. 2, б–г и табл. 1). Следует отметить, что содержание бора в виде твердого раствора в феррите (или аусте- ните на стали 12Х18Н10Т) в переходной зоне на легированных сталях заметно меньше, чем на углеродистой стали марки Ст3. Это связано с оттеснением легирующих элементов на гра- ницу «покрытие-сталь», что тормозит процесс диффузионного насыщения поверхности. Кроме того, бор, сосредоточенный в переходной зоне, соединяется с легирующими элементами (кроме кремния) и образует глобулярные дисперсные частицы боридов (см. табл. 1), обедняя твердый раствор вокруг этих частиц. Кремний, как и углерод, не растворяется в боридах железа и практически весь оттесняется в переходную зону под слой фазы М 2 B. Причем если углерод, как элемент внедрения, довольно быстро проникает в глубь стали, то кремний, как элемент замещения, перемещается довольномед- ленно при температуре насыщения и тормозит фронт развития боридной фазы. Вытесненный кремний сосредоточивается между кристаллами М 2 B, где резко повышается его концентрация: на сталях 4Х5МФС и 7ХМФС при среднем содер- жании кремния в основе на уровне ~ 0,8 масс.% после борирования концентрация этого элемен- та в довольно узком, толщиной 20…25 мкм, под- слое на границе с покрытием может достигать 3,5 масс.%. Микротвердость зоны кремнистого феррита немного ниже, чем твердость стали- основы. Образование относитель- но мягкой прослойки кремнистого феррита на границе «покрытие- основа» может играть роль свое­ образного демпфера, тормозящего возникновение и рост усталостных трещин при больших контактных нагрузках, характерных для штам- пов горячего деформирования [4]. Никель при борировании стали 12Х18Н10Т, так же как и кремний в штамповых сталях, оттесняется при диффузи- онном борировании в переходную зону на гра- нице «покрытие-сталь», где его концентрация достигает 13 масс. %. Однако никель входит и в состав боридов в покрытии в количествах от 3 до 5 масс. %. Следует отметить, что при бориро- вании стали 12Х18Н10Т легирующие элементы в максимальной степени оказывают тормозящее действие на процесс формировании покрытия. Это проявляется не только в заметном уменьше- нии толщины борированного слоя, но и в макси- мально высоких значениях концентрации бора в покрытии и, как следствие, увеличении коли- чества борида МB и более высоких значениях микротвердости (см. табл. 1), а также в измене- нии структуры покрытия. Бориды (Fe,Cr,Ni)B и (Fe,Cr,Ni) 2 B не имеют выраженного игольчатого строения, как на углеродистой или штамповых сталях (см. рис. 2, г ), граница между покрыти- ем и сталью 12Х18Н10Т ровная, на границах аустенитного зерна под покрытием наблюдают- ся мелкие бориды хрома, идентифицированные как Cr 5 B 3 . По результатам кинетического микроинден- тирования каждой зоны покрытий очевидно, что легирование элементами основы повлияло на их запас пластичности. Если сталь марки Ст3 характе- ризуется максимальной пластичностью из четырех исследованных сталей, а сталь 4Х5МФС – мини- мальной, то кривые индентирования всех зон бо- ридного покрытия на стали 4Х5МФС находятся в положении максимальной пластичности. Мак- симально пластичной оказалась переходная зона на стали марки 12Х18Н10Т, чуть ниже показатель пластичности φ на сталях марок 4Х5МФС и Ст3, заметно ниже – на стали 7ХМФС (табл. 2). В по- следнем случае в переходной зоне содержится такое количество углерода, что возможно обра- зование избыточного цементита, который содер- Т а б л и ц а 2 Изменение значений модуля упругости Е и запаса пластичности φ каждой зоны боридных покрытий Марка стали Е , ГПа/ φ Зона МB Зона М 2 B Переходная зона Основа Ст3 266/ 0,56 224/ 0,59 212/ 0,76 –/ 0,94 4Х5МФС 238/ 0,52 223/ 0,73 210/ 0,78 –/ 0,75 12Х18Н10Т 328/ 0,53 278/ 0,44 245/ 0,79 –/ 0,86 7ХМФС 280/ 0,56 215/ 0,57 184/ 0,56 –/ 0,77